[发明专利]一种基于光纤光栅传感器的箭体结构性能识别方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅传感器的箭体结构性能识别方法,其特征在于：包括以下步骤：

A、建立损伤应变模态差分数学模型；

B、基于FBG传感器的逆有限元的应变模态损伤识别。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的箭体结构性能识别方法，其特征在于：所述步骤A具体为：将一维结构划分成间距为h的n-1个单元，设为r阶应变模态函数，只随坐标x而改变，在节点i处(i＝2,3,…,n-1)将其展开为Tarloy级数：

其中，x_i为节点i的坐标值；

设x_i+1-x_i＝h，并假定h充分小，不计三次幂项及更高次幂项，等间距差分式为：

基于有效极值点定义的损伤位置指标数学模型为：

其中，I_D(j)为某阶应变模态差分曲线第j个有效零值点损伤位置指标值；x_i，y_i分别为差分曲线有效极值点与相应的极值；l为总体跨度尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的箭体结构性能识别方法，其特征在于：所述步骤B具体为：首先，使用由Mindlin理论应变值和对应的应变测量值构成的最小二乘差分项构建误差泛函，其中Mindlin应变值以位移的形式表示；平板壳单元的变形按Mindlin理论中的位移向量定义为：

其中：u＝u(x，y)，v＝v(x，y)分别为中平面x和y方向上的位移；θ_x＝θ_x(x，y)，θ_y＝θ_y(x，y)分别为以x轴负方向和y轴正方向为法线的转角；w＝w(x，y)为挠度变量，其沿厚度坐标z∈[-t，t]恒定不变；2t为板壳的总厚度。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅传感器的箭体结构性能识别方法，其特征在于：应变位移关系式为

与中平面拉伸相关联的膜应变为

同理，弯曲曲率及横向剪切可分别写为k(u)≡L^ku和g(u)≡L^gu；

使用光纤布拉格光栅传感器测量结构上下表面x_i＝(x_i，y_i，±t)处的应变，然后在离散的测量点为赋值。

5.根据权利要求4所述的一种基于光纤光栅传感器的箭体结构性能识别方法，其特征在于：结构单元位移向量由最小二乘泛函取极值时获得，可表示为

利用位移有限单元法，通过使用适当的形函数插值上式中的位移场，可得

其中，N为具有C⁰连续性的非等参形函数矩阵；

将式对结点位移自由度求最小值(即令)，得到单元矩阵方程

K^eu^e＝f^e

其中：K^e仅为位置坐标的函数；f^e为坐标和实测应变值的函数；

最后，通过标准有限单元集成操作，将离散的单元矩阵组装到整体线性方程系统中，即可实现位移自由度从单元局部坐标系到总体坐标系的转换，通过施加Mindlin位移边界条件，位移自由度存在唯一解，一旦得到结点位移，可通过单元级别的简单计算得到平滑的单元应变。